(57)【要約】【課題】透明材料内部に集光するフェムト秒レーザー光の集光位置における改質や加工などの処理が高品質にできるようにする。【解決手段】透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液中において移動自在に支持された上記透明材料の内部にフェムト秒レーザー光を集光し、上記透明材料を上記溶液中において移動することにより、上記フェムト秒レーザー光の集光位置を上記透明材料に対して相対的に移動し、上記透明材料の内部に集光した上記フェムト秒レーザー光の作用により上記透明材料の内部を処理する。【選択図】        図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液中において移動自在に支持された前記透明材料の内部にフェムト秒レーザー光を集光し、
前記透明材料を前記溶液中において移動することにより、前記フェムト秒レーザー光の集光位置を前記透明材料に対して相対的に移動し、
前記透明材料の内部に集光した前記フェムト秒レーザー光の作用により前記透明材料の内部を処理する
透明材料内部の処理方法。
【請求項２】
透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液中において前記透明材料を移動自在に支持し、
第１のフェムト秒レーザー光を第１のレンズに入射して、前記第１のレンズにより前記第１のフェムト秒レーザー光を前記透明材料の内部に集光し、
第２のフェムト秒レーザー光を第２のレンズに入射して、前記透明材料の内部に集光される前記第１のフェムト秒レーザー光と所定の角度を有するようにして、前記第２のレンズにより前記第２のフェムト秒レーザー光を前記透明材料の内部に集光し、
前記第１のレンズによって前記透明材料の内部に集光される前記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と前記第２のレンズによって前記透明材料の内部に集光される前記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを前記所定の角度を有して前記透明材料の内部で照射されるタイミングを合わせて重ね合わせ、
前記透明材料を前記溶液中において移動することにより、前記重ね合わされた前記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と前記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを前記透明材料に対して相対的に移動し、
前記空間的および時間的に重ね合わせた集光位置に集光した前記第１のフェムト秒レーザー光と前記第２のフェムト秒レーザー光との作用により前記透明材料の内部を処理する
透明材料内部の処理方法。
【請求項３】
請求項２に記載の透明材料内部の処理方法において、
前記所定の角度は、略９０度である
透明材料内部の処理方法。
【請求項４】
透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液を内部に充填するとともに、フェムト秒レーザー光の波長に対して透明な材料により形成されたセルと、
前記セルに充填された前記溶液中において前記透明材料を移動自在に支持する支持手段と、
前記支持手段によって支持され前記溶液に浸されて前記セル内に配置された前記透明材料の内部に前記フェムト秒レーザー光を集光する集光手段と
を有し、
前記支持手段によって前記透明材料を前記溶液中において移動することにより、前記フェムト秒レーザー光の集光位置を前記透明材料に対して相対的に移動し、
前記集光手段によって前記透明材料の内部に集光された前記フェムト秒レーザー光の作用により前記透明材料の内部を処理する
透明材料内部の処理装置。
【請求項５】
透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液を内部に充填するとともに、第１のフェムト秒レーザー光ならびに第２のフェムト秒レーザー光の波長に対して透明な材料により形成されたセルと、
前記セルに充填された前記溶液中において前記透明材料を移動自在に支持する支持手段と、
前記支持手段によって支持され前記溶液に浸されて前記セル内に配置された前記透明材料の内部に前記第１のフェムト秒レーザー光を集光する第１のレンズと、
前記支持手段によって支持され前記溶液に浸されて前記セル内に配置された前記透明材料の内部に前記第２のフェムト秒レーザー光を集光する第２のレンズと
を有し、
前記第１のレンズによって前記透明材料の内部に集光される前記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と前記第２のレンズによって前記透明材料の内部に集光される前記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを所定の角度を有して前記透明材料の内部で照射されるタイミングを合わせて重ね合わせ、
前記支持手段によって前記透明材料を前記溶液中において移動することにより、前記重ね合わされた前記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と前記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを前記透明材料に対して相対的に移動し、
前記空間的および時間的に重ね合わせた集光位置に集光した前記第１のフェムト秒レーザー光と前記第２のフェムト秒レーザー光との作用により前記透明材料の内部を処理する
透明材料内部の処理装置。
【請求項６】
請求項５に記載の透明材内部の処理装置において、
前記所定の角度は、略９０度である
透明材料内部の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、透明材料内部の処理方法およびその装置に関し、さらに詳細には、１０−１３秒オーダーのパルス幅を有するフェムト秒レーザーのレーザー光に対して透明な材料の内部の改質や加工などの処理を行う際に用いて好適な透明材料内部の処理方法およびその装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、サブピコ秒以下のレーザー光源として、１０−１３秒オーダーのパルス幅を有するフェムト秒レーザーが知られており、こうしたフェムト秒レーザーから出射されたレーザー光たるフェムト秒レーザー光（本明細書においては、「フェムト秒レーザーから出射されたレーザー光」を「フェムト秒レーザー光」と適宜に称することとする。）を、レンズを用いて当該フェムト秒レーザー光に対して透明な材料（本明細書においては、所定のレーザー光に対して透明な材料を称するにあたって、単に「透明材料」と適宜に称することとする。）の内部に集光すると、当該フェムト秒レーザー光を集光された集光位置たる集光点のみに多光子吸収を生じさせ、透明材料内部における集光点の改質や加工などの処理を行うことができるという現象が知られている。
【０００３】
近年においては、こうした現象を利用して、フェムト秒レーザー光に対して透明なガラス材料内部において屈折率を変化させたり、結晶析出を行ったり、マイクロボイドを生成したりすることが可能であることが報告されており、さらには、光導波路や３次元メモリーあるいはフォトニック結晶やマイクロチャネルなどの作成が報告されている。
【０００４】
本願発明者は、透明材料内部の集光点において、フェムト秒レーザー光のビームの進行方向に平行する方向における真円に近い空間強度分布を得て、透明材料内部における改質形状や加工形状などの処理形状として、真球に近い処理形状、換言すれば、フェムト秒レーザー光のビームの進行方向に平行する方向の断面の形状が真円に近いものを得るための手法に関する出願を既に行っている（特許文献１参照）。
【０００５】
ここで、上記特許文献１に記載されているシステムと同様のシステムを用いて透明材料の加工を行う場合には、第１レーザー光ならびに第２レーザー光の二つのフェムト秒レーザー光を、透明材料の上面側と上面に直交する側面側とから、例えば、略９０度のような所定の角度を持つように照射して集光位置を重ね合わせることにより、透明材料内部において真球に近い処理形状が得られるものである。
【０００６】
ところで、図１に示すように、透明材料の上面近傍を加工する場合には、第１レーザー光と第２レーザー光との焦点位置は、透明材料の上面からわずかの範囲内に位置するようになる。この際、透明材料の側面から入射する第２レーザー光は所定のビーム径を有しているので、第２レーザー光の上方側の一部分が側面から入射せずに上面から入射してしまう。
【０００７】
その結果、透明材料内部において第１レーザー光と第２レーザー光との焦点位置がずれてしまって重なり合わなくなり、また、透明材料の上面に入射した第２レーザー光の一部が、上面において反射して損失するので、透明材料の上面近傍における改質や加工などの処理の品質が低下する恐れがあった。
【０００８】
また、図２に示すような厚さの薄い透明材料を加工する場合には、透明材料の厚み、即ち、互い対向する上面と下面との間の距離が、側面に入射する第２レーザー光の入射ビーム径より小さくなることがある。こうした場合には、第２レーザー光の上方側の一部分が側面から入射せずに上面から入射し、第２レーザー光の下方側の一部分が側面から入射せずに下面から入射してしまう。
【０００９】
その結果、上記した透明材料の上面近傍を加工する際（図１参照）と同様に、第１レーザー光と第２レーザー光との焦点位置のずれと、第２レーザー光の上面における反射による損失とが生起されるとともに、透明材料の下面においても第２レーザー光の一部が反射して損失し、透明材料内部の処理の品質が低下する恐れがあった。
【特許文献１】特開２００３−３４０５８８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記したような従来の技術の有する種々の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、透明材料内部に集光するフェムト秒レーザー光の集光位置における改質や加工などの処理が高品質にできるようにした透明材料内部の処理方法およびその装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、透明材料を当該透明材料の屈折率と同等の屈折率を有する溶液中に保持し、当該溶液中で透明材料を走査することによって、フェムト秒レーザー光による処理を行うようにしたものである。
【００１２】
本発明のうち請求項１に記載の発明は、透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液中において移動自在に支持された上記透明材料の内部にフェムト秒レーザー光を集光し、上記透明材料を上記溶液中において移動することにより、上記フェムト秒レーザー光の集光位置を上記透明材料に対して相対的に移動し、上記透明材料の内部に集光した上記フェムト秒レーザー光の作用により上記透明材料の内部を処理するようにしたものである。
【００１３】
また、本発明のうち請求項２に記載の発明は、透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液中において上記透明材料を移動自在に支持し、第１のフェムト秒レーザー光を第１のレンズに入射して、上記第１のレンズにより上記第１のフェムト秒レーザー光を上記透明材料の内部に集光し、第２のフェムト秒レーザー光を第２のレンズに入射して、上記透明材料の内部に集光される上記第１のフェムト秒レーザー光と所定の角度を有するようにして、上記第２のレンズにより上記第２のフェムト秒レーザー光を上記透明材料の内部に集光し、上記第１のレンズによって上記透明材料の内部に集光される上記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と上記第２のレンズによって上記透明材料の内部に集光される上記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを上記所定の角度を有して上記透明材料の内部で照射されるタイミングを合わせて重ね合わせ、上記透明材料を上記溶液中において移動することにより、上記重ね合わされた上記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と上記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを上記透明材料に対して相対的に移動し、上記空間的および時間的に重ね合わせた集光位置に集光した上記第１のフェムト秒レーザー光と上記第２のフェムト秒レーザー光との作用により上記透明材料の内部を処理するようにしたものである。
【００１４】
また、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、上記所定の角度は、略９０度であるようにしたものである。
【００１５】
また、本発明のうち請求項４に記載の発明は、透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液を内部に充填するとともに、フェムト秒レーザー光の波長に対して透明な材料により形成されたセルと、上記セルに充填された上記溶液中において上記透明材料を移動自在に支持する支持手段と、上記支持手段によって支持され上記溶液に浸されて上記セル内に配置された上記透明材料の内部に上記フェムト秒レーザー光を集光する集光手段とを有し、上記支持手段によって上記透明材料を上記溶液中において移動することにより、上記フェムト秒レーザー光の集光位置を上記透明材料に対して相対的に移動し、上記集光手段によって上記透明材料の内部に集光された上記フェムト秒レーザー光の作用により上記透明材料の内部を処理するようにしたものである。
【００１６】
また、本発明のうち請求項５に記載の発明は、透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液を内部に充填するとともに、第１のフェムト秒レーザー光ならびに第２のフェムト秒レーザー光の波長に対して透明な材料により形成されたセルと、上記セルに充填された上記溶液中において上記透明材料を移動自在に支持する支持手段と、上記支持手段によって支持され上記溶液に浸されて上記セル内に配置された上記透明材料の内部に上記第１のフェムト秒レーザー光を集光する第１のレンズと、上記支持手段によって支持され上記溶液に浸されて上記セル内に配置された上記透明材料の内部に上記第２のフェムト秒レーザー光を集光する第２のレンズとを有し、上記第１のレンズによって上記透明材料の内部に集光される上記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と上記第２のレンズによって上記透明材料の内部に集光される上記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを所定の角度を有して上記透明材料の内部で照射されるタイミングを合わせて重ね合わせ、上記支持手段によって上記透明材料を上記溶液中において移動することにより、上記重ね合わされた上記第１のフェムト秒レーザー光の集光位置と上記第２のフェムト秒レーザー光の集光位置とを上記透明材料に対して相対的に移動し、上記空間的および時間的に重ね合わせた集光位置に集光した上記第１のフェムト秒レーザー光と上記第２のフェムト秒レーザー光との作用により上記透明材料の内部を処理するようにしたものである。
【００１７】
また、本発明のうち請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、上記所定の角度は、略９０度であるようにしたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明による透明材料内部の処理方法およびその装置は、透明材料内部に集光するフェムト秒レーザー光の集光位置における改質や加工などの処理が高品質にできるようになるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、添付の図面に基づいて、本発明による透明材料内部の処理方法およびその装置の実施の形態の一例について詳細に説明するものとする。
【００２０】
図３には、本発明による透明材料内部の処理装置の概念構成説明図が示されている。ここで、図３においては、本発明による透明材料内部の処理装置を用いて、処理の対象となる試料１００の内部１００ａにマイクロチャネルとなる領域の加工の処理を行う場合が示されている。なお、試料１００は、透明材料としての感光性ガラス製の試料であって、感光性ガラスとしては、例えば、フォーチュランガラス（Ｆｏｔｕｒａｎ  Ｇｌａｓｓ）を用いることができる。
【００２１】
この図３に示す透明材料内部の処理装置は、上方の開口部１０ｂにおいて開口し内部１０ａに溶液２００が充填されたセル１０と、セル１０の内部１０ａにおいて試料１００を支持する試料ホルダー１２と、試料ホルダー１２を直交座標系のＸ方向、Ｙ方向およびＺ方向に移動するとともに回転角θで回転することにより試料１００を移動する移動手段としての高精度ｘ−ｙ−ｚ−θステージ１４と、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１を試料１００の上面１００ｂ側から試料１００の内部１００ａに入射して集光するレンズとしての第１レンズ１６と、第２フェムト秒レーザー光Ｌ２を試料１００の上面１００ｂに直交する側面１００ｃ側から試料１００の内部１００ａに入射して集光するレンズとしての第２レンズ１８とを有して構成されている。
【００２２】
ここで、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２は、図示しないフェムト秒レーザーから出射された１０−１３秒オーダーのパルス幅を有するフェムト秒レーザー光、例えば、パルス幅が１００〜１５０フェムト秒ほどのフェムト秒レーザー光である。
【００２３】
また、この透明材料内部の処理装置においては、高精度ｘ−ｙ−ｚ−θステージ１４、第１レンズ１６ならびに第２レンズ１８の位置制御が、図示しないＮＣ制御系によってなされるように設計されている。こうしたＮＣ制御系としては、例えば、上記「背景技術」の項において記載した特許文献１（特開２００３−３４０５８８号公報）に記載されている構成と同様なものを使用することができ、その記載を援用するものとして重複する説明は省略する。
【００２４】
そして、ＮＣ制御系の制御により、試料１００の内部１００ａにおける第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の集光位置を任意に設定することができる。
【００２５】
なお、この透明材料内部の処理装置においては、第１レンズ１６から出射されて試料１００の内部１００ａに入射され、試料１００の内部１００ａにおいて集光される第１フェムト秒レーザー光Ｌ１の光軸と、第２レンズ１８から出射されて試料１００の内部１００ａに入射され、試料１００の内部１００ａにおいて集光される第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の光軸とは、略９０度の角度を有するようにして交差するように配置されており、かつ、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１の試料１００の内部１００ａにおける集光位置と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の試料１００の内部１００ａにおける集光位置とが、互いに重ね合わされるように配置されている。
【００２６】
セル１０は、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の波長に対して透明な材料により形成されている。例えば、セル１０は石英ガラスにより形成することができる。
【００２７】
このセル１０に充填された溶液２００は、加工の処理を行う試料１００、即ち、透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液である。
【００２８】
例えば、α−ブロムナフタレンとパラフィンとの混合溶液は、α−ブロムナフタレンとパラフィンとの混合比を変えることによってその混合溶液の屈折率を、１．４〜１．６６の範囲内で変えることができるものである。従って、α−ブロムナフタレンとパラフィンとの混合溶液の屈折率を試料１００の屈折率と小数点以下第２位ぐらいまでは一致させることで、試料１００の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液２００として、α−ブロムナフタレンとパラフィンとの混合溶液を用いることができる。
【００２９】
そして、セル１０に充填された溶液２００内には試料１００が浸けられている。より詳細には、試料１００を載置する試料ホルダー１２は、試料１００を溶液２００に浸けらるように配置されており、高精度ｘ−ｙ−ｚ−θステージ１４によりｘ軸方向、ｙ軸方向ならびにｚ軸方向に任意に移動するとともに回転角θで回転する。即ち、この試料ホルダー１２に載置された試料１００は、試料ホルダー１２の移動に伴って溶液２００中を移動自在な状態で溶液２００内に浸漬されている。
【００３０】
試料ホルダー１２によって試料１００を溶液２００中において移動することにより、試料１００に対して第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の集光位置を相対的にｘ軸方向、ｙ軸方向ならびにｚ軸方向に任意に移動し、試料１００の溶液２００に浸けられた表面（即ち、上面１００ｂや側面１００ｃ）および内部１００ａで、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２をｘ軸方向、ｙ軸方向ならびにｚ軸方向に任意に走査することができるように構成されている。
【００３１】
以上の構成において、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１は、第１レンズ１６を介して試料１００の上面１００ｂ側から試料１００の内部１００ａで集光されるように入射される。また、第２フェムト秒レーザー光Ｌ２は、第２レンズ１８を介して試料１００の側面１００ｃ側から試料１００の内部１００ａで集光されるように入射される。
【００３２】
ここで、これら二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２との試料１００への照射は、図示しないフェムト秒レーザーならびにＮＣ制御系によって、空間的および時間的に一致するように制御されており、これら二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とは、試料１００の内部における集光位置において、略９０度の角度を有して試料１００の内部で重ね合わせられている。
【００３３】
なお、これら二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の試料１００への照射が空間的ならびに時間的に一致していることをモニターするためには、例えば、上記「背景技術」の項において記載した特許文献１（特開２００３−３４０５８８号公報）に記載されている構成と同様な蛍光モニターを使用することができ、その記載を援用するものとして重複する説明は省略する。
【００３４】
即ち、蛍光モニターを用いて、フェムト秒レーザー光の照射によって試料１００あるいは溶液２００から発生した蛍光を観察し、蛍光強度が最も大きくなるように図示しないＮＣ制御系により、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の図示しない光路長制御光学系および第１レンズ１６ならびに第２レンズ１８の位置制御を行うとともに、フェムト秒レーザーによりフェムト秒レーザー光の発振の制御を行う。
【００３５】
こうして第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とが、互いの光軸を略９０度の角度をもって交差するとともに、互いの集光位置を試料１００の内部において照射するタイミングを合わせて重ね合わせられるようにして試料１００に入射された場合には、重ね合わせられた集光位置における空間強度分布は略真球状の強度分布を持つことになる。
【００３６】
このため、試料１００の内部における改質形状や加工形状などの処理形状として、真球に近い処理形状、換言すれば、フェムト秒レーザー光のビームの進行方向に平行する方向の断面の形状が真円に近いものを得ることができる。
【００３７】
そして、試料１００の内部を３次元加工するためには、高精度ｘ−ｙ−ｚ−θステージ１４により試料ホルダー１２を移動させて、試料ホルダー１２に載置された試料１００をセル１０に充填された溶液２００中において走査する。
【００３８】
この際、試料１００は、試料１００の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液２００中に浸漬されているので、屈折率がマッチングした溶液中で試料１００を走査してフェムト秒レーザ一光を照射することになる。従って、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２から見れば試料１００が移動しても屈折率の値が空間的、時間的に変化していない状態が作り出される。
【００３９】
このため、試料１００の内部１００ａの所定の位置において、上記したように蛍光モニターを用いるなどして、 二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の試料１００への照射を空間的ならびに時間的に一致させたならば、その後試料１００を走査しても、二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２との各レーザービームの集光位置と伝達時間とはずれを生じない。
【００４０】
従って、試料１００の内部の３次元加工の進行とともに溶液２００中において試料１００を移動させても、その試料１００の移動毎に第１レンズ１６ならびに第２レンズ１８を移動させて位置調節することなしに、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の試料１００への照射を空間的ならびに時間的に一致させた状態を維持することができる。また、蛍光モニターも、試料１００を実際に処理する前に１度行うだけでよく、処理中にモニターする必要はない。
【００４１】
つまり、本発明による透明材料内部の処理装置においては、試料１００の３次元加工に際しては、試料ホルダー１２と当該試料ホルダー１２に保持されている試料１００のみが移動し、第１レンズ１６ならびに第２レンズ１８やセル１０は常に固定されるので、非常に簡便な手法で、二つの光路の各レーザービームの集光位置と伝達時間とを一致させることができ、試料１００の内部の３次元加工などを処理結果を高品質なものとすることができる。
【００４２】
このように、本発明による透明材料内部の処理装置においては、試料１００の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する溶液２００中に試料１００を浸漬するようにしたため、試料１００と溶液２００との界面で屈折率が変化がない。
【００４３】
このため、試料１００の上面１００ｂ近傍を加工する際に、試料１００の上面１００ｂからわずかの範囲内に第１フェムト秒レーザー光Ｌ１ならびに第２フェムト秒レーザー光の集光位置が位置しても、試料１００の側面１００ｃ側から入射する第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の一部が上面１００ｂにおいて反射されるようなことはなく、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２との集光位置は重なり合い（図３に示す状態参照）、透明材料の上面近傍における改質や加工などの処理を高品質に行うことができる。
【００４４】
また、厚さの薄い透明材料の加工に際しても、例えば、透明材料の側面に入射する第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の入射ビーム径（例えば、およそ数１００μｍ）より小さい厚みの透明材料であっても、本発明による透明材料内部の処理装置によれば、透明材料の側面に入射する第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の透明材料の上面や下面における反射は生じず、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２との集光位置は重なり合って、改質や加工などの処理を高品質に行うことができる。
【００４５】
つまり、本発明による透明材料内部の処理装置によれば、非常に簡便な手法で、従来の技術の有する種々の問題点を精度よく解消することができる。
【００４６】
さらに、本発明による透明材料内部の処理装置においては、溶液２００中に浸漬された試料１００と溶液２００との界面で屈折率差がないので、試料１００の外表面、即ち、透明材料のフェムト秒レーザー光が入射する入射面が光学的に平坦でなくても、当該入射面においてフェムト秒レーザー光が反射、屈折、散乱を生じない。
【００４７】
このため、透明材料内部の３次元加工などの処理の前処理として、透明材料の外表面を予め光学的に平坦にする必要がないとともに、透明材料の外表面が光学的に平坦でなく荒れていても高品質な処理を行うことができる。
【００４８】
こうした本発明による透明材料内部の処理装置によれば、透明材料内部のフェムト秒レーザー光の集光位置における改質や加工などの処理が高品質に行えるので、例えば、光導波路や３次元メモリーあるいはフォトニック結晶やマイクロチャネルなどの作成が高精度に行えるようになる。
【００４９】
ところで、フェムト秒レーザーによる多光子吸収では、吸収が起こるための閾値の強度が存在する。通常、フェムト秒レーザーのビームプロファイルはガウシアン様であり、ビームの先端部分のみこの閾値を超えるようにパルスエネルギーを調整すると、当該ビームの先端部分のみ多光子吸収が生じ、ビーム径よりはるかに細い加工が可能となる。フェムト秒レーザーを波長（基本波は８００ｎｍ、倍波は４００ｎｍ）程度まで集光することは容易であるため、２００ｎｍ程度のナノ加工も行える。
【００５０】
ここで、上記した実施の形態のようにクロスビ−ムを用いると、多光子吸収が起こる領域をより小さい箇所に限定できるため、１００ｍｍ以下のナノ加工実現の可能性もある。そして、フエムト秒レ−ザーによるナノ加工では、光造型やリソグラフィが試みられているが、上記したように透明材料内部のフェムト秒レーザー光の集光位置における処理を高品質に行うことのできる本発明を採用すれば、より高い解像度を得られ、ナノ加工も高品質に行うことができる。
【００５１】
なお、上記した実施の形態は、以下の（１）乃至（９）に示すように変形してもよい。
【００５２】
（１）上記した実施の形態においては、セル１０に充填された溶液２００としてα−ブロムナフタレンとパラフィンとの混合溶液を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、加工対象となる透明材料の屈折率とほぼ一致する屈折率を有する各種の溶液を用いることができ、例えば、石英ガラスや光学材料ガラスなどの透明材料内部を処理する場合には、溶液２００としてマッチングオイルを使用することもできる。
【００５３】
（２）上記した実施の形態においては、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とが交差する角度が９０度の場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とが交差する角度は、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とが重ね合わせられた集光位置において必要とする真円度に応じて、任意の値に適宜に設定すればよい。
【００５４】
（３）上記した実施の形態においては、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とはそれぞれ、試料１００の上面１００ｂと側面１００ｃから試料１００の内部１００ａに入射して集光するようにしたが、複数の光路のフェムト秒レーザー光が試料１００に入射する面はこれに限られず、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とが交差する角度などに応じて、試料１００の下面と側面、側面と側面など適宜変更可能なものである。
【００５５】
（４）上記した実施の形態において、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とは、単一のフェムト秒レーザーによって発振されたフェムト秒レーザー光を分岐したものでもよいし、あるいは、２台のフェムト秒レーザーを用いて、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２とをそれぞれ独立に発生させてもよい。
【００５６】
（５）上記した実施の形態においては、二つのフェムト秒レーザー光の集光位置を重ね合わせるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、一つのフェムト秒レーザー光を透明材料の内部に集光するようにしてもよい。
【００５７】
また、三つ以上の複数のフェムト秒レーザー光の集光位置を重ね合わせるようにしてもよい。この場合に、これら複数のフェムト秒レーザー光が交差する角度は均等でもよいし、均等でなくてもよい。例えば、三つのフェムト秒レーザー光の集光位置を重ね合わせる場合に、これら三つのフェムト秒レーザー光が交差する角度を均等とすると、その角度は６０度になる。
【００５８】
（６）上記した実施の形態においては、二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の試料１００への照射が空間的ならびに時間的に一致していることをモニターするのに蛍光モニターを用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、二つの光路のフェムト秒レーザー光を交差して媒質へ入射した場合に発生する奇数次の高次高調波の強度をモニターしてもよい。
【００５９】
また、試料１００の屈折率が分かっていれば、第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２との集光位置と伝達時間のずれは容易に計算できるので、計算結果に基づいて、高精度ｘ−ｙ−ｚ−θステージ１４、第１レンズ１６ならびに第２レンズ１８の位置制御を行うとともにフェムト秒レーザー光の発振の制御を行って、二つの光路の第１フェムト秒レーザー光Ｌ１と第２フェムト秒レーザー光Ｌ２の試料１００への照射が空間的ならびに時間的に一致するようにしてもよい。
【００６０】
（７）本発明では、パルス幅が１００〜１５０フェムト秒ほどのフェムト秒レーザー光を用いるようにしたが、これに限られるものではないことは勿論であり、例えば、１００フェムト秒以下のパルス幅でも同様の装置を用いることができる。また、数ピコ秒程度のパルス幅のレーザー光なら、透明材料に損傷を与えることなく内部改質を行えることが知られており、この程度の長さのパルスのレーザー光を用いることができるのも勿論である。
【００６１】
（８）上記した実施の形態においては、マイクロチャネルを作成する場合について説明したが、これに限られるものではないことは勿論であり、本発明は光導波路やマイクロボイドなどのその他の３次元構造の作成にも応用することができる。
【００６２】
（９）上記した実施の形態ならびに上記した（１）乃至（８）に示す変形例は、適宜に組み合わせて用いるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、光導波路や３次元メモリーあるいはフォトニック結晶やマイクロチャネルの作成などにおいて利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】従来の技術による透明材料内部の処理を模式的に示す説明図である。
【図２】従来の技術による透明材料内部の処理を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明による透明材料内部の処理装置の概念構成説明図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０      セル
１２      試料ホルダー
１４      高精度ｘ−ｙ−ｚ−θステージ
１６      第１レンズ
１８      第２レンズ
１００      試料
１００ａ    内部
１００ｂ    上面
１００ｃ    側面
Ｌ１      第１フェムト秒レーザー光
Ｌ２      第２フェムト秒レーザー光
【図１】
2005230863.tif 000003
【図２】
2005230863.tif 000004
【図３】
2005230863.tif 000005